Conductividad iónica en sólidos

El primero en sugerir que los mecanismos de conducción eran completamente distintos fue Arrhenius. Entre 1880 y 1890, Arrhenius, estudiando la conductividad eléctrica de soluciones ácidas, sugirió que el mecanismo de conducción eléctrica en determinadas sustancias ocurría debido a la migración de los iones y no de los electrones como en los conductores metálicos. Esta hipótesis abrió las puertas para una serie de desarrollos sobre la conductividad eléctrica y por eso le concedieron el premio Nóbel de química.

Actualmente se verifica que la conducción eléctrica ocurre por la migración, de electrones o iones, en distancias del orden del tamaño de los cristales. La conducción generalmente prevalece para uno u otro material, pero en algunos materiales inorgánicos la conducción electrónica y iónica es observada simultáneamente [1].

Uno de los aspectos más importantes de los defectos, es que hacen posible el movimiento de átomos o iones dentro de la estructura. El movimiento de los átomos en una red cristalina se explica por los fenómenos de difusión y conductividad iónica. Son dos los posibles mecanismos para el movimiento de los iones a través de la red, los cuales se observan en las figuras 2.5 y 2.6. Son los mecanismos de vacancias e intersticial, conocidos como modelos de saltos y en él se ignoran movimientos cooperativos más complicados.

Los valores de conductividad típicos están en la Tabla 2.1[1]. Las conductividades son generalmente dependientes de la temperatura y aumentan con el incremento de la temperatura para todos los materiales, excepto los metales. En este caso, la mayor conductividad es observada a bajas temperaturas.

Tabla 2.1: Valores típicos de conductividad eléctrica [1].

Conductores iónicos	Cristales iónicos	< 10-16-10-4 (Wcm)-1
	Electrólitos sólidos	10-4-101 (Wcm)-1
	Electrólitos Fuertes (líquidos)	10-1-103 (Wcm)-1
Conductores Eletrónicos	Metales	103-107 (Wcm)-1
	Semiconductores	10-7-105 (Wcm)-1
	Aislantes	< 10-10 (Wcm)-1

La conductividad iónica, derivada de la migración de los iones, no ocurre en gran extensión en la mayoría de los sólidos iónicos y covalentes, tales como los óxidos y haluros. Puede parecer polémico mencionar la conductividad iónica en sólidos covalentes, sin embargo, es necesario tener en mente que la expresión "sólidos covalentes" se refiere a la predominancia de la covalencia, sin despreciar cualquier proporción del carácter iónico en los enlaces. En estos casos, los átomos tienden a quedarse esencialmente fijos en sus posiciones en el retículo y sólo pueden moverse a través de defectos en el retículo cristalino [1]. Únicamente a temperaturas altas, donde la concentración de los defectos es realmente elevada y donde los átomos adquieren energía térmica, entonces la conductividad iónica se hace apreciable. Como ejemplo, la conductividad iónica del NaCl a aproximadamente 1073 K (800 ºC), un poco debajo de su fusión, es aproximadamente 10^-1 (Wm)^-1, mientras a la temperatura ambiente el NaCl es un aislante [1].

Existe, sin embargo, un grupo de sólidos llamados indistintamente electrólitos sólidos, conductores iónicos rápidos o conductores superiónicos, en los cuales un conjunto de iones, los aniones o los cationes, pueden moverse libremente.

Referencias:
[1] Química de materiales, Carlos Córdoba Barahona, universidad de Nariño (1998)